Импульстік диодтар

Импульстік диодтар  

 

Импульстік (уақыт бойынша жылдам өзгеретін) сигналдармен жұмыс істеуге арналған. Импульстік диодтарда ауыстырып-қосудың жоғары жылдамдығына p-n ауысудың ауданын азайтумен қол жеткізуге болады. Бұл кезде сәйкесінше диодтың сиымдылығы да азаяды.Мұндай схемаларда диод электрлік кілттің ролін атқарады. Электр кілтінің екі түрлі жағдайы болады:

1. тұйықталған. Rvd =0

2. ажыратылған. Rvd= ∞

Берілген кернеудің бағытына қарай диодтар да осындай жағдайларға ие бола алады.

Импульстік диодтардың негізгі сипаттамалары да түзеткіш диодтардыкіне ұқсайды. Сонымен қатар, ауыстырып-қосудың жылдамдығын ескеретін басқа да спецификалық сипаттамалаыр болады.

Шоттки диодтарында ауысу аймағы металл-жартылайөткізгіш шекарасында іске асырылған. Оны жоғары кедергілі жартылайөткізгішке (мысалы n-типті) тозаңдату әдісімен металл қондыру арқылы жүзеге асырады. Металл-жартылайөткізгіш шекарасында негізгі заряд тасмалдаушыларға кедейленген аймақ пайда болады. Оның ВАС-ы симметриялы емес болады (15 сурет).  

 

   

 

15 сурет – Шоттки  диодының ВАС-ы 

 

Шоттки диодтары ауыстырып-қосуда жоғары жылдамдыққа ие.

 

 

 

 

 

 

 

 

Бұл кері ығысқан p-n ауысу негізігндегі электрлік өзгергіш сиымдылық. Варикап сиымдылығы берілген кері бағыттағы кернеуге тәуелді конденсатор ретінде қолданылады.

 

мұндағы С0 – нөлдік кернеудегі сиымдылық, U – сиымдылықтағы кернеу, φк – контактілік потенциалдар айырымы, ν – 1/2 немесе 1/3-ге тең шама (дайындау тәсіліне байланысты).

Варикаптың негізгі праметрлері:

1) Белгілі бір  кері кернеудегі сиымдылық (Св ,U=5 В);

2) Түйісу коэффициенті: Кж = Св max/Cв min. (5 – 8);

3) Сиымдықытың температуралық  коэффициенті СТК= (ΔC/СΔT)*100%;

4) Пайдалылығы Q=Xвк/rш; мұндағы Хвк – варикаптың реактив кедергісі, rш- актив шығын кедергісі. 

 

3.7 Стабилитрондар  және стабисторлар

Кернеуді тұрақтандыруға арналған p-n ауысу негізіндегі приборлар. Стабилитрон – ВАС-ында кернеудің өтіп жатқан ток күшіне тәуелсіз учаскесі бар жартылайөткізгіштік прибор. Мұндай участок стабилитрон ВАС-ының кері тармағында болады және ол диодтың электрлік тесілуінің нәтижесі.

Негізгі параметрлері:

1. Uтұрақ.номин.;

2. ΔUтұрақ.- тұрақталу кернеуі мәнінің ауытқуы;

3. Jтұрақ.номин.;

4. Jтұрақ.min;

5. Jтұрақ.max.;

6. Стабилитронның  жұмыс учаскесіндегі дифференциалдық  кедергісі Rg=(ΔU/ΔJ)/J=Jтұрақ.номин.

7. Кернеудің температуралық  коэффициенті (КТК).

Стабистор – кернеуді тұрақтандыруға арналған және тура бағытта жылжытылған диод.

Стабистордың басқа параметрлері стабилитрондыкімен ұқсас. Әдетте стабистрлар үшін Uтұрақ.ном< 3,2 В. Олар 3,2 В-тан төмен тұрақты кернеу алу үшін падаланылады.

 

 

 

 

 

 

 

Туннельдік диодтар

Күшті леширленген p-n аймақтың шекарасында туннельдік эффект байқалады. Ол диод ВАС-ының тура тармағында кедергісі теріс (нөлден кем) участоктың бар болуымен байқалады. Мұндай диодтардың кері тармағы жоқтың қасы, яғни кері кернеудің аз ғана мәнінде туннельдік тесілу байқалады да кері ток бірден күшейеді. Кедергісі теріс участке туннельдік диодтарды электр сигналдарын генерациялауға және оларды күшейтуге қолдануға мүмкіндік береді.

Кері диодтар туннельдік диодтардың бір түрі. Ондағы қоспалардың концентрациясы туннельдік диодтағыдан біраз төмен болады. Соның нәтижесінде оның ВАС-ында кедергісі теріс учаске болмайды.

Мұндай диодтардың кері тармағы туннельдік тесілу әсерінен электр тогын өткізетін болады. Кері диодтар амплитудалары шамалы 0,3 В-қа дейінгі айнымалы сигналдарды түзетуге қолданылады.

3.10 Жартылайөткізгіштік  диодтарды маркалау

Таңбалама алты элементтен тұрады:

К Д 2 1 7 А немесе К С 1 9 1 Е

1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6

1 – Диодтың қандай  материал түрінен жасалғанын  көрсететін әріп немесе сан:

1 немесе Г – Ge (германий),

2 немесе К – Si (кремний),

3 немесе А – GeAs.

2 – оның атқару  тағайындалуына байланысты диодтың  түрін көрсететін әріп:

Д – диод,

С – стабилитрон, стабистор,

В – варикап,

И – туннельдік диод.

3,4,5 – диодтың  тағайындалуын және электрлік  қасиетін көрсететін сандар.

6 – параметрлік  топтар бойынша диодтардың бөлінуін  көрсететін әріп.

 

 

4 ДӘРІС «RC-ТІЗБЕКТЕГІ  АУЫСПАЛЫ ҮДЕРІСТЕР»

 

 

Жартылайөткізгіш приборлардың ішкі эквиваленттік схемалары мен олардың сыртқы тізбегі RC-қосылыстар болып таблады. Оларға айнымалы сигналдар берілгенде электротехникада ауыспалы деп аталатын динамикалық орынықсыз үрдістер жүреді. 16 суретте амплитудасы Е секірмелі кернеу берілген RC-тізбек көрсетілген. Секірмелі кернеу Sкілтті тұйықтау арқылы жүзеге асады.

 

 

а)

б)

в)

 

 

 

 

16 Сурет – RC-тізбектегі  ауысу үрдістері

 

 

Тізбектің жеке элементтеріндегі ток пен кернеу динамикасының аналитикалық заңдылығын анықтау үшін Кирхгофтың екінші заңын қолданамыз.

Сонымен, осы тізбек үшін Кирхгофтың екінші заңы:

 

 

Ri + uC = Е.

 

 

Сиымдылықтағы токты былай жазуға болады:

i = CduC/dt.

 

 

Осыдан:

 

 

RC(duc / dt) +uc = E

 

 

Сиымдылықтағы S кілт тұйықталғаннан кейінгі қалыптасқан кернеудің мәні әрқашан Е болады. Өйткені, тұрақты токта қалыптасқан режімде duC/dt = 0 және i = CduC/dt = 0 болады. Ал uC = u - Ri = E - Ri = E екендерін ескерсек, сиымдылықтағы кернеу жалпы жағдайда мынадай болады:

 

 

uC = uу + uс= E + Ue- t/τ (1).

 

 

Комутацияға дейінгі сиымдылықтағы кернеу мынадай болсын делік:

 

 

uC(0- ) = +U0,

 

 

бұл жерде «+» таңбасы 16 а суреттегі кернеудің полюсіне сәйкес. Онда (1) формулаға сәйкес кілтті тұйықтағаннан кейінгі келесі уақыт мезеті үшін U тұрақтысының мәнін анықтасақ:

 

 

,

 

 

осыдан сиымдылықтағы кернеудің мына түрде болатыны анықталады:

 

 

 (2).

 

 

Мұндағы τ = RC – ауыспалы үрдіс уақытының тұрақтысы. Осыдан резистордағы ток кұші мен ондағы кернеуді анықтауға болады:

 

 

 (3).

 

 

16 б-г суреттерде – RC-тізбекті тұрақты ЭҚК-іне қосылған кездегі сиымдылықтағы бастапқы кернеудің үш түрлі мәні үшін уақыт диаграммалары келтірілген: 1) E > U0 > 0; 2) E < U0 и U0 > 0; 3) U0 < 0. Барлық жағдайда сиымдылықтағы кернеу U0-ден E-ге дейін экспонента заңымен монотонды түрде өзгереді. Ал резистордағы кернеу кілтті тұйықтау кезінде секірмелі түрде U0 және E шамаларының айырымына (немесе қосындысына) тең шамаға өзгереді де содан кейін монотонды нөлге дейін құлайды. Егер E < U0, болса резситордағы ток және кернеу теріс болады да, конденсатор разрядталады.

Сиымдылықтың толық разряды сыртқы энергия көздері болмаған жағдайда ғана іске асады. Кілт тұйықталғанда конденсатордың электр өрісінде жинақталған энергия резистордағы жылуға айналады.

Сиымдылықтағы кернеу ауысу үрдістері кезінде тек еркін құраушыға ие болады:

 

 

uC = uс= Ue- t/τ,

 

 

және егер тізбек қуат көзіне ұзақ уақыт қосылып тұрған болса, кілтті ажыратқан кезде сиымдылықтағы кернеу E-ге тең болады. Сондықтан тұрақты U шамасы мынаған тең болады:

uC(0- ) = E = uC(0+) = U,

 

 

ал ауысу кезіндегі сиымдылықтағы кернеу:

uC = Ee- t/τ (4).

 

 

Осыдан резистордағы ток пен кернеу:

 

 

 (5).

 

 

5 ДӘРІС «Биполярлы  транзистор»

Жалпы мағлұматтар. Биполярлы транзистор – екі p-n аусуы бар жартылайөткізгіштік құрал. Транзисторлардың биполяр (екі полоюсті) атану себебі – одан ток өткен кезде заряд тасымалдаушылардың екі тегі (электрондар мен кемтіктер) қатысады. Транзисторлар екі типті болады: p-n-p және n-p-n. Біршама артықшылықтары бар болғандықтан n-p-n типті транзисторлар қолданыста кеңінен таралған. Биполяр транзисторлардың схемадағы белгіленуі 17 суретте келтірілген.

 

 

 

 

17 Сурет – Транзисторлардың  схемадағы белгіленуі

 

 

Бұл жердегі белгіленулер: «б» – база, «к» – коллектор, «э» – эмиттер. Транзистордың типі (п-р-п немесе р-п-р) эмиттердегі бағдарсызықтың бағытымен анықталады, ол эмиттерлік ауысу тогының бағытын көрсетеді. р-п-р типті транзистордың коллекторы қуат көзінің теріс полюсіне, ал п-р-п типті транзисторда оң полюсіне қосылады. 18 суретте п-р-п және р-п-р типті транзисторлардың электродтарындағы токтар мен кернеулер келтірілген.

 

 

 

 

 

18 Сурет – Әртүрлі  типті транзисторлардағы токтар  мен кернеулер

 

 

Кіріс сигнал көзі мен транзистордың шығыс тізбегі арасында қай электрод ортақ болуына байланысты транзисторды қосудың негізгі үш түрлі қосылу схемасы болады: ортақ эмиттермен (ОЭ), ортақ коллектормен (ОК) және ортақ базамен (ОБ). Бұлар 19 суретте келтірілген.

 

 

 

 

 

19 Сурет – Транзистордың  түрліше қосылу схемалары.

а) – ортақ базамен; б) – ортақ эмиттермен; в) – ортақ коллектормен.

 

 

Транзистордың әртүрлі қосылу схемаларының негізгі салыстырмалы техникалық параметрлері 1 кестеде келтірілген.

 

 

1 кесте – Транзистордың  әртүрлі қосылу схемаларының  негізгі

салыстырмалы техникалық шамалары [6]

	rкір	rшығ	Ku	Ki	Kp	Ескерту
ОЭ	Орташа	Жоғары	Жоғары	Жоғары	Өте жоғары	Жиі қолданылады
ОК	Өте жоғары	Өте төмен		Жоғары	Жоғары	Жиі қолданылмайды
ОБ	Төмен	Өте жоғары	Жоғары		Жоғары	Сирек қолданылады

 

 

 

Транзистордың жалпы және көбінесе жиі қолданылатын, оны сипаттайтын көрсеткіші – эксперимент жүзінде алынған статикалық вольтамперлік сипаттамасы (ВАС).

Транзистордың статикалық сипаттамасын эксперимент жүзінде алынған, жүктемесіз режимдегі (Rж=0) транзистордың p-n ауысуындағы ағатын ток пен кернеу арасындағы қатынастарды көрсететін графиктер құрайды. Бұл сипаттамалар әр типті транзистор үшін бірегей болып табылады және олар транзистордың зауыттан шыққан төлқұжатында немесе жартылайөткізгіштік приборларға арналған анытамаларда келтіріледі [3,4].

Транзистордың негізгі ВАС-ы болып оның кіріс және шығыс сипаттамалары қарастырылады.

Практикада әдетте транзисторды ортақ эмиттермен (ОЭ) қосу жиі қолданылады. Бұлай қосқан кезде база кіріс электроды болып табылады, эмиттер жермен жалғанады (ол ортақ электрод), ал коллектор шығыс электроды болады.

ОЭ схемасымен қосылған транзистордың кіріс сипаттамасы - берілген (бекітілген) Uкэ коллектор мен эмиттер арасындағы кернеудегі Uбэ=f1(Iб) тәуелділігі – Uбэ база мен эмиттер арасындағы кернеудің Iб кіріс тогына тәуелділігі. Коллектор тізбегінде басқарылмайтын жылулық ток болуы мүмкін. Uкэ=0 болғанда коллектор тізбегінде Iк0 жылулық ток болмайды, ол тек Uкэ>0 кезінде пайда болады және 20 суретте көрсетілгендей Iб кіріс тогына қарсы бағытталған.

 

 

 

 

20 Сурет – Транзистордың  температуралық токтарының таралуы

 

 

ОЭ схемасымен қосылған транзистордың шығыс сипаттамасы – берілген (бекітілген) Iб кіріс тогындағы Iк =f2(Uкэ) тәуелділігі – Iк шығыс тогының Uкэ колектор мен эмиттер арасындағы кернеуге тәуелділігі. Егер Uбэ=0 болса, коллектор тізбегінде тек жылулық ток қана жүреді, өйткені бұл жағдайда (қарастырылып отырған n-p-n типті транзистор үшін) эмиттерден электрондардың базаға инжекциясы (бүркуі) болмайды.

21 суретте статикалық  режимдегі транзистордың ВАС-ы  келтірілген.

 

 

 

 

 

21 Сурет – ОЭ  схемасымен қосылған (а)

транзистордың кіріс (б) және шығыс (в) ВАС-ы

 

 

Кіріс ВАС-ында көрініп тұрғандай, (21-б сурет) кіріс жағынан транзистор Uбэ кернеуінің белгілі бір мәніне дейін сезімталдығы жоқ аймаққа ие, бұл аймақта транзистордың күшейткіш қасиеттері болмайды. Германий транзисторларында кернеудің бұл мәні (0,3 – 0,5 В шамасында ) кремний транзисторларына қарағанда (0,6 – 0,9 В) төмен болады (бұл шаманы 0,7 В деп қарастырамыз).

Күшейткіш элемент ретінде ОЭ схемасымен қосылған статикалық режимдегі транзисторды сипаттайтын параметр – база тогының күшею коэффициенті h21э:

 

 

h21э=β = Iк / Iб, при Uкэ= const (6)

 

 

Анықтамаларда бұл параметр статикалық режимдегі көрсеткіш екендігі жайында арнайы атап көрсетіледі. Көтпеген транзисторлар үшін h21э мәні h21э=10-200 аралығында болады.

h21э параметрі h – парметрлер қатарына жатады, бұл төртполюстіктің арнайы параметрі. Анықтамаларда басқа да һ – параметрлер келтіріледі, олар:

- h11э – транзистордың кіріс дифференциалдық кедергісі, ол Uкэ=const кезіндегі h11э=ΔUбэ/ΔIб қатынасымен анықталады;

- h22э – шығыс дифференциалдық өткізгіштік h22э=ΔIк/ΔUкэ, Iб=const.

Бұл екі параметр динамикалық параметрлер болып табылады.

ОЭ схемасымен жалғанған транзисторлар үшін кіріс кедергі кОм-дар шамасында болады, шығыс өткізгіштігінің мәні – 10-4-10-5 шамасында.

Транзистор колектор тізбегіндегі Rк жүктемемен жұмыс істегенде коллектордағы кернеу азаяды, колектордағы токтың жоғары мәндерінде нөлге дейін төмендейді. Коллектор тогы Iк мен ондағы кернеу Uк арасындағы байланыс жүктеме түзуі теңдеуімен анықталады, оның түрі мынадай:

 

 

Iк=(Ек - Uк)/Rк (7)

 

 

Транзистордың коллекторлық (шығыс) сипаттамаларында (21-в сурет) жүктемелік түзу координаттар осімен мынадай нүктелерде қиылысады:

- горизонталь осьті  коллектор мен эмиттер арасындағы Uкэ кернеудің Ек мәнінде, бұл  кезде Iк = 0 болады;

- вертикаль осьті  Ек/Rк нүктесінде, бұл кезде транзистор  қанығу режимінде болады (транзистор  қысқаша тұйықталған деп есептеуге  болады).

Келтірілген графикалық сызбалар мен есептеулер биполяр транзисторлар негізіндегі әртүрлі күшейткіш схемаларды жобалағанда қолданылады.

 

 

6 ДӘРІС «ӨРІСТІК  ТРАНЗИСТОРДЫҢ ҚҰРЫЛЫМЫ МЕН

ЖҰМЫС ІСТЕУ ПРИНЦИПІ»

Өрістік транзистор төмен легирленген n-типті жұқа пластинка немесе стержень түрінде жасалады. Ол арна болып табылады. Арнаның екі бүйіріне затвор қызметін атқаратын р-типті жартылайөткізгіш қондырылады. n-типті пластинаның екі шетіне электрондар орнатылған. Арнаның біреуі – «көз», екіншісі «астау» деп аталған, көз схеманың ортақ нүктесімен жалғанған.

 

 

 

 

22 Сурет - Өрістік  транзистордың конструкциялық-схемалық  моделі

 

 

Астауға арнадағы негізгі тасымалдаушылар көзге қарай қозғалатындай полюсті кернеу беріледі, яғни n-арналы транзисторда астауға «+», ал р-арналы транзисторда «-» полюсті кернеу беріледі. p+ затвор мен n-арна арасында p-n ауысу пайда болады және ол арнаға жақын аймақта болады, өйтекені оның легирлену дәрежесі төмен болады. Затворға көзбен салыстырғанда p-n ауысу кері бағытта ығысатындай полюстегі басқаратын кернеу беріледі. Затвордағы кернеудің бағыты өзгергенде p-n ауысудың ені, сонымен қатар арнаның өткізгіш бөлігінің ені д өзгереді. Нәтижесінде «көз-астау» бөлігінің (арнаның) кедергісі және астаудың тогы да өзгереді.

Өрістік транзисторды сипаттайтын негізгі параметрлер:

1. Арнаның өткізгіш  бөлігі бүкіл ұзына бойына  бітелетіндей затвор мен көз  арасындағы кернеу – кесу (үзу) кернеуі;

2. Арнаның астау  тұсында бітелуіне әкелетін «көз-астау»  арасындағы кернеу – қанығу  кернеуі.

 

 

 

 

6.1 Басқарушы p-n ауысулы n-арналы өрістік транзистордың  статикалық ВАС-ы

 

 

23 суретте n-арналы  өрістік транзистордың ВАС-ы келтірілген,  - шығыстық ВАС-ы,  - өткізу ВАС-ы келтірілген.

 

 

 

 

 

23 сурет – n арналы  өрістік транзистордың ВАС-ы

 

 

Өрістік транзистордың шығыс ВАС-ын кейде астаулық деп те атайды. Өткізу сипаттамасы ретінде кіріс кернеуімен Iа– астау тогын реттеу қарастырылады: затвор-көз кернеуі кесу кернеуіне ұмтылғанда Iа – астау тогы нөлге айналады.

6.2 МДЖ-транзисторлар  немесе затворы изоляцияланған  транзисторлар

 

 

Бұл транзисторлардың металл затворы ток өткізетін арнадан жартылайөткізгіштің бетіне қондырылған диэлектрик қабатпен изоляцияланған. МДЖ-транзистордың жұмыс істеу принципі диэлектрик қабаттың көмегімен арнаның кеңістіктік зарядын (яғни арнаның өткізгіштігін) басқаруға негізделген. Арнаның жасалу тәсіліне қарай МДЖ-транзисторлар екі түрлі болады.

6.3 Орнатылған  арналы МДЖ-транзистор

Оларда арна транзситорды жасау барысында дайындалады (24 сурет). 25 және 26 суреттерде сәйкесінше осындай транзистордың шығыстық және өткізу ВАС-лары келтірілген.

 

 

 

 

24 сурет – Орнатылған  арналы МДЖ-транзистор

 

 

 

 

25 сурет - құрылған  каналды

МДЖ-транзисторының шығыс ВАС-ы

 

 

26 суретте  беріліс ВАС көрсетілген

 

 

 

 

26 сурет- МДП-транзисторының  беріліс ВАС-ы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

27 суретте с индукциялы  каналды МДП-транзисторының ВАС  және беріліс сипаттамасы көрсетілген.

 

 

 

 

 

27 сурет - Индукцияланған  каналды МДЖ-транзисторының беріліс  ВАС-ы.

Бұндай транзисторда:

1)Uзи=0 кері бағытта ығысқан p-n аймағындағы сток пен исток бір-бірінен бөлінген.

2)При Uзи>0 подложки көлемінде электрлік өріс пайда болады, ол өріс канал жасайтын қарама-қарсы осы қабаттың өткізгіштік тогын өзгертетін затвор астындағы үстіртін қабатындағы электрондарды тартады.

Осындай транзисторды дайындауда канал жасалмайды, яғни сток және исток аймақтары бір-бірінен ажыратылған. Алайда затворға өріс әсерінен оң кернеу берсе, затвордың үстіртін аймағында подложка көлемінен және сток пен исток аймағынан осы аймаққа тартылатын электрондар есебінен кнал пайда болады, яғни канал электрлік өріспен индукцияланады.

Өрістік транзистордың күшейту қасиеті шығыс токты жасайтын басқарушы кернеуге пропорционалды ток көзімен сипатталады.

I=SUзи, S0=Iс/Uзи – крутизна өрістік транзистордың.

Айнымалы гармоникалық белгінің жиілігі өскендіктен құламалық жиілікті тәуелді болады:

 

 

7 ДӘРІС «БИПОЛЯРЛЫ  ТРАНЗИСТОРЛАР НЕГІЗІНДЕГІ АЗ  ҚУАТТЫ ТӨМЕНГІ ЖИІЛІКТІ КҮШЕЙТКІШТЕРДІ  ЕСЕПТЕУ»

 

 

Жалпы мәліметтер мен анықтамалар. Ғылым мен техниканың көпетеген салаларында, әсіресе басқару жүйелерінде қайсыбір электр сигналдарын күшейту қажеттігі туындайды, ол сигналдар уақыт өтуімен айнымалы немесе тұрақты болуы мүмкін. Осы мақсатта қолданылатын қондырғылар күшейткіштер деп аталады.

Бірінші реттік сигналдардың (күшейтілетін кіріс сигналдарын) көзі датчик деп аталады, олардың негізгі функциясы (қызметі) физикалық тегі әртүрлі өлшенетін параметрлерді электр сигналдарына айналдыру. Датчиктердің физикалық принциптері мен құрылымдары әр алуан, мысалы, индукциялық, индуктивтік, резистивтік, сиымдылық, пьезоэлектрлік, магнитострикциялық, фотоэлектрлік және т.б. [1].

Күшейткіштерді классификациялау көрсеткіштері де әртүрлі. Күшейтілетін сигналдардың тегіне қарай олар айнымалы (гармониялық, импульстік, күрделі пішінді) сигналдар күшейткіштері және тұрақты ток күшейткіштері болуы мүмкін. Қуаты жағынан аз қуатты, орта қуатты және қуатты күшейткіштер болып бөлінеді. Күшейтетін сигналдардың жиілігіне қарай төменгі жиілікті – дыбыс жиілігіндегі күшейткіштер, аралық жиіліктер күшейткіштері, жоғары жиілікті күшейткіштер болып бөлінеді. Сонымен қатар, кіші жолақты және кең жолақты болып бөлінеді. Көбінесе өте жіңішке жолақты күшейту қажеттігі туындайды, ондай кезде қолданылатын күшейткіштер селективті күшейткіштер деп аталады [9]. Күшейткіштер электрондық лампалар, биполяр және өрістік транзисторлар, туннельдік диодтар, магниттік элементтер және т.б. негізінде жасалады.

Күшейткіштердің техникалық сипаттамаларына мыналар жатады: сигналдың шығыс қуаты, шығыс кернеуі немесе тогы, күшейту коэффициенті, ПӘК-і, өткізу ені, тұрақтылық температурасы, бейсызықтық қисаю коэффициенті, шулық көрсеткіштері, сезімталдығы, кіріс кедергісі және т.б.

Шығыс кернеуі, тогы, қуаты сияқты шығыс параметрлері күшейткіштің пайдалану мақсаты мен жүктеменің типіне байланысты болады. Егер жүктеме активті болса, аталған параметрлер былай анықталады:

 

 

.

 

 

Кіріс шамалары мына формулалармен есептеледі:

 

 

.

 

 

Күшейту коэффициенті күшейткіштің шығыс кернеуінің кіріс кернеуіне қатысы ретінде анықталады:

 

 

.

 

 

Көпкаскадты күшейткіштер үшін жалпы күшейту коэффициенті әр каскадтың күшейткіш коэффициенттерінің көбейтіндісі ретінде анықталады:

 

 

.

 

 

Күшейткіштің шығыс тізбегінің ПӘК-і шығыс тізбегінен берілетін сигнал қуатының оның қорек көзінен алатын қуатына қатынасы:

 

 

.

 

 

Күшеткіштің ПӘК-ін басқаша да – жүктемедегі қуаттың барлық қуат көздерінің қуаттарының қосындысына қатынасы ретінде есептеу түрі бар:

 

 

.

 

 

Күшейткіш тізбегінде реактив элементтер (сиымдылықтар, индуктивтіліктер) бар болса, сигналдың жиіліктік спектрінің біркелкі емес күшеюіне әкеп соғады, яғни жиілік және фаза бойынша қисаюлар пайда болады. Қисаю дәрежесі күшейткіштің жиіліктік сипаттамасымен анықталады, ол осы жиіліктегі күшейту коэффициентімен сипатталады. 28 суретте күшейткіштің шартты амплитудалық-жиіліктік сипаттамасы (АЖС) келтірілген.

 

 

 

 

 

28 Сурет – Транзситордың  амплитуда-жиіліктік және фазалық  сипаттамасы

 

 

Күшейткіштің белгілі бір жиіліктегі жиіліктік қисаюы салыстырмалы күшеюмен немесе жиіліктік қисаю коэффициентімен анықталады:

 

 

,  .

 

 

Жиіліктік сипаттаманың орта тұсында бұл шамалар өзара тең және мәні бірге тең болады:

 

 

.

 

 

Бұл шамалар бірден қаншалықты ауытқыса, қисаю да соншалықты күшті болады.

Жиіліктік қисаюдан басқа бейсызықтық қисаю болады. Ол схеманың әрбір элементінің сипаттамасының бейсызықтығына негізделген, мысалы, транзистордың кіріс сипаттамасының бейсызықтығына байланысты. Cипаттаманың бейсызықтығынан транзистордың кірісіне берілген идеал синусоида транзистордан шыққанда берілген синусоидадан басқа жоғары гармоникалар бар болатын басқа сигналға айналады. Бейсызықтық қисаю деңгейі (гармоникалар коэффициенті) бірінші гармоника амплитудасының барлық гармоникалар амплитудаларының квадраттарының қосындысының квадрат түбіріне қатынасымен анықталады:

 

 

.

 

 

Күшейткіштерде теріс кері байланыс (КБ) маңызды роль атқарады. Кері байланыс сигналын шығыстан алып, оны күшейткіштің кірісіне беру тәсілдеріне қарай кері байланысты төр түрге бөлуге болады [6.9]. КБ түрлерінің атауы екі сөзден тұрады: бірінші сөз кіріске сигналдың қалай берілетінін білдіреді, екіншісі – шығыстан қалай алынатынын анықтайды. КБ-тың түрлерін қарастырайық:

 

 

 

 

29 сурет – Тізбектей-параллель  КБ

 

 

 

 

30 Сурет – Параллеь-параллель  КБ

 

 

Параллель КБ кезінде кіріс бойынша токтар қосылады.

 

 

 

 

31 Сурет – Параллель-тізбектей  КБ

 

 

 

 

32 Сурет – Тізбектей-тізбектей  КБ

 

 

Теріс КБ күшейткіштің кейбір сипаттамаларын біршама өзгертеді, мысалы, күшейткіш параметрларінің тұрақтылығын жоғарылатады, бірақ бұл кезде күшейту коэффициенті мына заңдылыққа сәйкес төмендейді:

 

 

.

 

 

Мұндағы  - КБ күшейту коэффициенті,  - КБ жоқ кездегі күшейту коэффициенті.

Кез-келген тізбектей КБ (кіріс бойынша да, шығыс бойынша да) сәйкес кедергіні  есе жоғарылатады. Кез-келген параллель КБ сәйкес кедергіні  есе төмендетеді.  көбейтіндісі тұзақтық күшейту деп аталады.

 

 

8 ДӘРІС «КҮШЕЙТКІШ  КАСКАДТАРДЫҢ ЖҰМЫС РЕЖИМДЕРІ»

 

 

Күшейткіш каскадтар бірнеше түрлі режимдерде жұмыс істеуі мүмкін: А кластық режим; В кластық режим; С кластық режим; D класстық кілттік режим. Аталған класстық режимдер «тұрақты ток» бойынша жұмыс нүктесін таңдап алумен ажыратылады.

А класстық режимде транзистордың кіріс және шығыс тізбектеріндегі ток транзситрдың бүкіл жұмыс уақытында кірісте пайдалы айнымалы сигналдың бар-жоғына тәуелсіз, біршама қоры бар мәнде жүреді.

В класстық режим анағұрлым үнемді болып табылады. Бұл режим қуатты күшейткіш каскадтарға тән. Бұл режимде тыныштық жұмыс нүктесі транзистордың бастапқы жұмыс аймағында – бейсызықтық аймағынан ары болады. Транзситор бұл жағдайда «сәл ғана ашық», сондықтан электр энергиясының шығыны шамалы. Бірақ кіріс тізбегіне синусоидалық сигнал берілсе, 33 суретт көрсетілгендей сигналдың тек жарты толқыны (мысалы оң мәнді) ғана күшейеді, ал екінші жарты толқын кесілу аймағына түсіп қалады.

 

 

 

 

33 Сурет – В  кластық режимдегі күшейткіш  каскадтың жұмысы

 

 

8.1 Есептеулерге  арналған практикалық ұсыныстар

Мысалы төменгі қуатты төменгі жиілікті күшейткішті жобалау барысында мынадай техникалық шарттар мен сипаттамалары берілсін делік:

Um кір, мВ – сигнал көзінің амплитудалық мәні;

Um шығ , В – күшейткіштің шығысындағы кернеудің амплитудалық мәні;

Rж ,кОм – күшейткіштің жүктемелік тізбегіндегі кедергі;

Fт  Fж ,кГц – күшейтілетін жиіліктер диапазоны;

Мж = Мт = 1,18 – кернеулік қисаю коэффициенті;

toорта ,оС – күшейткіштің жұмыс температурасы;

Ек, В – коллектор тізбегіндегі қорек кернеуі;

Rк – сигнал  көзінің ішкі кедергісі (генератордың  ішкі кедергісі).

Нмесе басқадай нұсқа болуы мүмкін: сигнал көзінің белгілі бір параметрлеріндегі кернеу бойынша күшейту коэффиценті беріледі.

Жобалаудың басында төменгі жиілікті күшейткіш үш каскад схема негізінде жасалады делік. Көпкаскадты күшейткіштің жалпы күшейту коэффициенті әрбір жеке каскадтардың күшейткіш коэффициенттерінің көбейтіндісіне тең екені белгілі:

 

 

К = К1 К2……….Кn.

Жеке каскадтар өзара тұрақты ток арқылы әсер етпеу үшін каскадтардың арасындағы байланыс бөлгіш конденсаторлар көмегімен жүзеге асады.

Төменгі қуатты төменгі жиілікті күшейткіштерде бірінші каскад ретінде, 34 суретте көрсетілгендей, практикада ортақ эмиттерлі схеманы қолдану кеңінен таралған.

 

 

34 Сурет – Ортақ  эмиттерлі күшейткіш каскады  схемасы [2]

 

 

Күшейткіштерді есептеу итерациялық үрдіс болып табылады. Яғни барлық күшею жолдары мен есептеулерді бағалағаннан кейін (мысалы күшею коэффициенті есептелгеннен кейін) кейбір каскадтарды қайта есептеу қажеттігі туындауы мүмкін. Күшейткіш шығысындағы қуат берілген болса есептеулер соңғы каскадтан басталуы мүмкін, немесе, датчиктің параметрлері (мысалы, датчиктің немесе оның көзінің ішкі кедергісі – Rг, оның шығысындағы сигнал – Еж) берілген болса бірінші каскадтан бастап жүргізілуі мүмкін. Және бұл есептеулер кезінде берілген күшейту коэффициенті мен кернеудің амплитудасы және басқа да талап етілген күшейтуші параметрлердің дәл келуін қамтамасыз ету керек.

Деңгейі шу деңгейімен шамалас төмен амплитудалы әлсіз кіріс сигналдарын күшейткен кезде күшейткіштерді есептейтін арнайы схемалар бар. Бұл кезде «төмен шулы» биполяр немесе өрістік транзисторлар қолданылады.

Бірінші каскадты есептеу алдын-ала болжамдық есептеу болып табылады, оны транзистордың ВАС-ын пайдаланып аналитикалық немесе графоналитикалық түрде жүргізуге болады. Алдын-ала күшейтуге арналған каскадтар үшін есептеулерді аналитикалық жүргізген дұрыс, ал қуатты күшейткіштерді есептеу үшін графоаналитикалық әдіс дұрыс болады. Бірақ бұл жағдайда мысал ретінде екі әдіс те қолданылған.

Күшейткіш каскадын есептеу әдетте үш этаптан тұрады: каскадтың шектік параметрлерін бағалау, транзисторды таңдап алу, тұрақты ток бойынша және айнымалы ток бойынша есептеулер.

8.2 Шектік  шамаларды бағалау және транзисторды  таңдап алу

Транзистордың шектік параметрлеріне мыналарды жатқызуға болады: транзистордың коллекторы мен эмиттерінің арасындағы максимал кернеу, ол мына қатынаспен анықталады: Uкэмах=1,2*Ек. Төменгі қуатты күшейткіштердегі транзситордың коллекторлық тізбегіндегі ток шамасы аз болғандықтан (коллектор тізбегіндегі ток шамасын 1 мА мен 3 мА арасында етіп алу ұсынылады [9]), транзситорды таңдап алу екі параметр арқылы жүзеге асады: Uкэмах және Fм – максимал жиілік. Бұл кезде ток бойынша статикалық күшейту коэффициенті h21э жоғары n-p-n типті транзистор алған жөн. Анықтамаларда бұл коэффициенттің минимал және максимал мәндері беріледі, таңдау барысында минимал мән бойынша бағдар алған дұрыс.